气动平衡器的研究与开发
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过程简单方便、数据准确可靠。
（2）气压的实时响应 需实现不同的载荷对应不同的气压，使气体压力与吊
装物件的重力实时平衡。
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三、气动平衡器特点
特点二：打破平衡并可以建立新的平衡
平衡被打破的过程，即为“无重力化” 操作的过程，下一次平衡的建立保证了吊 装物件的悬浮效果。 过程：
平衡—外界干预平衡—撤除干预—恢 复平衡
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二、系统介绍
气动平衡器主要包括机械传动系统和气动平衡控制系统， 以及紧急制动系统。
机械传动系统：通过滚珠丝杠副将气缸活塞的直线运动转变成滚珠 螺母的旋转运动，并驱动卷筒牵引钢丝绳提升物件。
气动平衡控制系统：通过气动回路实现手柄控制升降模式和全程悬 浮平衡模式两种控制方式。
紧急制动系统：当吊装物件出现意外坠落时，防止吊钩快速上升及 甩起。
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全程悬浮气动平衡器
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目录页
CONTENTS
一 研究现状
二 系统介绍 三 主要特点 四 前景展望
2
一、研究现状
吊装设备
电动葫芦
气动葫芦
气动平衡吊 气动助力机械手
3
一、研究现状
问题：
（1）吊装精准度低
（2）无法实现“无重力化”操
作释义
“无重力化操作” ：平衡——打破平衡——恢复平衡 当吊装物件处于提升状态时，吊装物件好像失去了重力，悬 浮在空中，操作人员通过对物件施加非常小的外力，即可以轻松 随意地对物件进行搬移、升降、旋转等操作。
（1）气压与负载实时监测，并准确对应 （2）打破平衡与建立新的平衡 （3）完备、精确的快速响应系统 （4）机械+气动双层安全保护
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三、气动平衡器特点
特点一：气压P与负载G实时监测并准确对应
（1）对负载重量G的智能检测及要求： 系统智能检测与控制为纯气动，无
任何狭义的传感器及电气元件。 对吊装负载智能检测，且保证检测
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二、系统介绍
机械传动系统
传动过程：
气缸
活塞
推力 轴承
滚珠 丝杠
卷筒
钢丝绳 重物
wenku.baidu.com
气动平衡器内部结构图
6
二、系统介绍
气动平衡控制系统
气动平衡控制系统图 7
二、系统介绍 气动平衡控制系统
手柄控制升降模式
上升过程：
动力模块—汇流板—正反馈模块—方向 控制模块—执行模块（气缸）
下降过程：
执行模块（气缸）—方向控制模块—排 气
（2）针对气动平衡器不同使用工况，分别设计气动控制回路，并且 利用AMESim液压气动分析软件对所设计的气动控制回路及相关阀类气 动元件进行分析，分析控制系统的稳定性和相关阀的最佳设置参数。
（3）优化气动平衡器结构，改进设计方法和加工工艺，如针对复杂 部件设计模具进行浇铸或注塑、改变零件材质增大强度和降低重量等， 从而降低设备成本，增大气动平衡器的使用范围，以致得到推广。
正反馈模块：
保证起重不同重量物件具有统一的提升 速度 ，使系统响应快速，并且避免了轻则快、 重则慢提升缺点。
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二、系统介绍
气动平衡控制系统
全程悬浮平衡模式
上升过程： 物件静止于空中—采集压力A值—外界施加
上升作用力—压力值A大于B值—动力模块—汇流 板—平衡模块—方向控制模块—执行模块（气缸）
下降过程： 物件静止于空中—采集压力A值—外界施加
下降作用力—压力值A小于B值—执行模块（气 缸）—方向控制模块—平衡模块—排气
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二、系统介绍
气动平衡控制系统原理图
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二、系统介绍
气动平衡控制系统
气动平衡器控制系统在气源正常给气的情况下，换向阀9 处于接通状态， 执行气缸内部的气体压力由精密气控减压阀8 决定。空载起重时，气体依 次经气源1、过滤系统2、汇流板3、空载先导减压阀5、梭动阀7，然后到 达气控减压阀的控制端。精密气控减压阀的控制压力值由空载先导减压阀 的输出值决定，从而通过精密气控减压阀控制了执行气缸内的气体压力， 此时，操作人员可全程上下拖动吊钩或者夹具，并准确停留在任意位置。 重载起重时，预先通过手柄控制系统4 中的换向键C，使微型储气瓶6 和执 行气缸相连通。然后按上升按键A，气体依次经气源1、过滤系统2、汇流 板3、手柄控制系统4、双向节流阀到达执行气缸10，使重物上升，同时气 体也到达微型储气瓶6。当重物刚离开地面( 支撑平台) ，抬起上升按键A， 此时物件静止，并且微型储气瓶6 内的气压和执行气缸10 内的气压相等。 将换向键C 换到截止状态，微型储气瓶6 处于保压状态，并经梭动阀7 控制 气控减压阀8 的输出从而控制执行气缸10 内部的气体压力总是与微型储气 瓶内的气压值相等。此时操作人员可轻松全程上下拖动重载，并可以准确 停留在任意位置
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四、前景展望
在系统的稳定性、检测等方面仍存在需要进一步研究的问题，需要 后期不断的完善才能保证设备在运行过程中拥有足够的安全性、可靠性 以及较长的使用寿命。
（1）在一般工程机械中滚珠丝杠要求不可承受径向力，而本文所设 计气动平衡器利用的是将滚珠丝杠螺母的轴向移动转变为旋转运动，并 且承受径向力，所以在一定程度上影响滚珠丝杠的寿命。针对该现象， 今后需要对滚珠丝杠的工作原理及受力形式进行分析，通过合理选用规 格型号及材料以提高气动平衡器的安全系数和工作寿命。
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二、系统介绍
紧急制动原理
紧急制动系统
紧急制动盘
固定挡架
在正常工作时，离心块处于收回状态，当吊装物件突然坠落时，气缸内气体压力 瞬间释放，使卷筒和制动盘瞬间产生角加速度，离心块产生沿径向向外的惯性力，当 惯性力大于弹簧力时，离心块被甩出，并且打在固定挡架的卡槽里，从而实现紧急制 动功能。
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三、气动平衡器特点
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三、气动平衡器特点
特点三：完备、精确的快速响应系统
为了实现不同重量物件的提升速度 统一稳定，需确保系统响应速度快，防 止出现负载轻速度快、负载重速度慢。
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三、气动平衡器特点
特点四：机械+气动双层安全保护
机械机构实现紧急制动保护 气动回路实现失压失气保护 当吊装物件发生坠落时，防止吊钩 快速甩起。当气源失压时，防止物件快 速坠落。
（2）气压的实时响应 需实现不同的载荷对应不同的气压，使气体压力与吊
装物件的重力实时平衡。
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三、气动平衡器特点
特点二：打破平衡并可以建立新的平衡
平衡被打破的过程，即为“无重力化” 操作的过程，下一次平衡的建立保证了吊 装物件的悬浮效果。 过程：
平衡—外界干预平衡—撤除干预—恢 复平衡
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二、系统介绍
气动平衡器主要包括机械传动系统和气动平衡控制系统， 以及紧急制动系统。
机械传动系统：通过滚珠丝杠副将气缸活塞的直线运动转变成滚珠 螺母的旋转运动，并驱动卷筒牵引钢丝绳提升物件。
气动平衡控制系统：通过气动回路实现手柄控制升降模式和全程悬 浮平衡模式两种控制方式。
紧急制动系统：当吊装物件出现意外坠落时，防止吊钩快速上升及 甩起。
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全程悬浮气动平衡器
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CONTENTS
一 研究现状
二 系统介绍 三 主要特点 四 前景展望
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一、研究现状
吊装设备
电动葫芦
气动葫芦
气动平衡吊 气动助力机械手
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一、研究现状
问题：
（1）吊装精准度低
（2）无法实现“无重力化”操
作释义
“无重力化操作” ：平衡——打破平衡——恢复平衡 当吊装物件处于提升状态时，吊装物件好像失去了重力，悬 浮在空中，操作人员通过对物件施加非常小的外力，即可以轻松 随意地对物件进行搬移、升降、旋转等操作。
（1）气压与负载实时监测，并准确对应 （2）打破平衡与建立新的平衡 （3）完备、精确的快速响应系统 （4）机械+气动双层安全保护
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三、气动平衡器特点
特点一：气压P与负载G实时监测并准确对应
（1）对负载重量G的智能检测及要求： 系统智能检测与控制为纯气动，无
任何狭义的传感器及电气元件。 对吊装负载智能检测，且保证检测
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二、系统介绍
机械传动系统
传动过程：
气缸
活塞
推力 轴承
滚珠 丝杠
卷筒
钢丝绳 重物
wenku.baidu.com
气动平衡器内部结构图
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二、系统介绍
气动平衡控制系统
气动平衡控制系统图 7
二、系统介绍 气动平衡控制系统
手柄控制升降模式
上升过程：
动力模块—汇流板—正反馈模块—方向 控制模块—执行模块（气缸）
下降过程：
执行模块（气缸）—方向控制模块—排 气
（2）针对气动平衡器不同使用工况，分别设计气动控制回路，并且 利用AMESim液压气动分析软件对所设计的气动控制回路及相关阀类气 动元件进行分析，分析控制系统的稳定性和相关阀的最佳设置参数。
（3）优化气动平衡器结构，改进设计方法和加工工艺，如针对复杂 部件设计模具进行浇铸或注塑、改变零件材质增大强度和降低重量等， 从而降低设备成本，增大气动平衡器的使用范围，以致得到推广。
正反馈模块：
保证起重不同重量物件具有统一的提升 速度 ，使系统响应快速，并且避免了轻则快、 重则慢提升缺点。
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二、系统介绍
气动平衡控制系统
全程悬浮平衡模式
上升过程： 物件静止于空中—采集压力A值—外界施加
上升作用力—压力值A大于B值—动力模块—汇流 板—平衡模块—方向控制模块—执行模块（气缸）
下降过程： 物件静止于空中—采集压力A值—外界施加
下降作用力—压力值A小于B值—执行模块（气 缸）—方向控制模块—平衡模块—排气
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二、系统介绍
气动平衡控制系统原理图
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二、系统介绍
气动平衡控制系统
气动平衡器控制系统在气源正常给气的情况下，换向阀9 处于接通状态， 执行气缸内部的气体压力由精密气控减压阀8 决定。空载起重时，气体依 次经气源1、过滤系统2、汇流板3、空载先导减压阀5、梭动阀7，然后到 达气控减压阀的控制端。精密气控减压阀的控制压力值由空载先导减压阀 的输出值决定，从而通过精密气控减压阀控制了执行气缸内的气体压力， 此时，操作人员可全程上下拖动吊钩或者夹具，并准确停留在任意位置。 重载起重时，预先通过手柄控制系统4 中的换向键C，使微型储气瓶6 和执 行气缸相连通。然后按上升按键A，气体依次经气源1、过滤系统2、汇流 板3、手柄控制系统4、双向节流阀到达执行气缸10，使重物上升，同时气 体也到达微型储气瓶6。当重物刚离开地面( 支撑平台) ，抬起上升按键A， 此时物件静止，并且微型储气瓶6 内的气压和执行气缸10 内的气压相等。 将换向键C 换到截止状态，微型储气瓶6 处于保压状态，并经梭动阀7 控制 气控减压阀8 的输出从而控制执行气缸10 内部的气体压力总是与微型储气 瓶内的气压值相等。此时操作人员可轻松全程上下拖动重载，并可以准确 停留在任意位置
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四、前景展望
在系统的稳定性、检测等方面仍存在需要进一步研究的问题，需要 后期不断的完善才能保证设备在运行过程中拥有足够的安全性、可靠性 以及较长的使用寿命。
（1）在一般工程机械中滚珠丝杠要求不可承受径向力，而本文所设 计气动平衡器利用的是将滚珠丝杠螺母的轴向移动转变为旋转运动，并 且承受径向力，所以在一定程度上影响滚珠丝杠的寿命。针对该现象， 今后需要对滚珠丝杠的工作原理及受力形式进行分析，通过合理选用规 格型号及材料以提高气动平衡器的安全系数和工作寿命。
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二、系统介绍
紧急制动原理
紧急制动系统
紧急制动盘
固定挡架
在正常工作时，离心块处于收回状态，当吊装物件突然坠落时，气缸内气体压力 瞬间释放，使卷筒和制动盘瞬间产生角加速度，离心块产生沿径向向外的惯性力，当 惯性力大于弹簧力时，离心块被甩出，并且打在固定挡架的卡槽里，从而实现紧急制 动功能。
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三、气动平衡器特点
15
三、气动平衡器特点
特点三：完备、精确的快速响应系统
为了实现不同重量物件的提升速度 统一稳定，需确保系统响应速度快，防 止出现负载轻速度快、负载重速度慢。
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三、气动平衡器特点
特点四：机械+气动双层安全保护
机械机构实现紧急制动保护 气动回路实现失压失气保护 当吊装物件发生坠落时，防止吊钩 快速甩起。当气源失压时，防止物件快 速坠落。